JPS58138729A - 熱硬化性成形組成物 - Google Patents

熱硬化性成形組成物

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JPS58138729A
JPS58138729A JP1974082A JP1974082A JPS58138729A JP S58138729 A JPS58138729 A JP S58138729A JP 1974082 A JP1974082 A JP 1974082A JP 1974082 A JP1974082 A JP 1974082A JP S58138729 A JPS58138729 A JP S58138729A
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Masaji Ogata
正次 尾形
Takeo Ishii
石井 健夫
Motoyo Wajima
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱硬化性成形組成物に係り1、特に貯。
蔵安定性が良好なうえに速硬化性で、しかも成形品は高
温の機械特性に優h1高温で長期間使用しても劣化が起
らない熱硬化性成形組成物に関する。
周知のように、酸無水物、アミン化合物、フェノール化
合物、インシアネート化合物等を硬化剤にしたエポキシ
樹脂組成物は硬化物の機械、電気、化学的緒特性が良好
なために注型、含浸、塗装、積層及び成形材料等の広い
分野に利用されている。
しかし、上記のような各種硬化剤を配合したエポキシ樹
脂組成物においては貯蔵安定性、硬化性、硬化物の耐熱
性等の要求を同時に満足することが難しく、工業上重要
な技術課題になっている。例えば、成形材料の分野では
硬化剤として酸無水物芳香族ポリアミン、フェノールノ
ボラック、ポリアミノビスマレイミドなどが用いられる
。ところがこれらの硬化剤を配合したエポキシ樹脂は硬
化に際して高温長時間の加熱が必要なため、通常は硬化
促進剤を配合し硬化時間の短縮を図っている。しかし、
それでも成形材料の成形には3分前後の時間を要し熱可
塑性成形組成物に比べると成形時間が長くその短縮が強
く望まれている。寞k、芳香族ポリアミン又はポリアミ
ノビスマレイミドを用いた系・は貯蔵安定性に問題があ
る。また、成形品の耐熱性を樹脂硬化物のガラス転移温
度を例にとってみると酸無水物、芳香族ポリアミン、フ
ェノールノボラック系は高嵩150℃前後であり耐熱性
が劣る。これに対しポリアミノビスマレイミド系はガラ
ス転移温度が200℃以上になり硬化物の高温の機械、
電気特性が良好である。しかし、上記のように貯蔵安定
性並びに硬化性に問題がある。
ところで、特開昭49−95494号、特開昭53−7
1300号(特公昭55−29522号)あるいは特開
昭55−36212号によればエポキシ樹脂の硬化剤と
してフェノールノボラックの代りにアルケニルフェノー
ル系の共重合体を使用すると硬化促進剤を併用すること
なしに比較的短時間の加熱で硬化物になり得てしかも硬
化物は耐熱性が優れ、注型用あるいは銅張積層板や電気
絶縁材用の含浸用に有用なことが記載されている。しか
し、エポキシ樹脂の   1ン 硬化剤として使用して耐熱性の良好な硬化物を与えるこ
とのできるアルケニルフェノール系重合体は重合度20
以上(分子量約300コ以上)の高重合体であり、温度
が160℃以上と高く、また溶融粘度も極めて高い。そ
のため上記公知例では複合材料を作製する具体的方法と
して、まず樹脂組成物を硬化温度以下の温度で加熱溶融
するか、あるいは適当な溶媒に溶解し、該溶融物あるい
は溶液を有機繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、アスベスト
、鉱さい綿、マイカ等の補強材に含浸させ、溶液を用い
た場合には含浸後溶媒を揮発その他適当な手段で除去し
、含浸物例えばいわゆるバルクモールデイングコンノ(
ランド、あるいはプリプレグマットとする方法が提示さ
れているが、作業性が著しく劣るという問題がある。ま
た、アルケニルフェノール系重合体は硬化促進剤を併用
しなくてもエポキシ樹脂とは180℃以上の温度で30
〜90分程度加熱すれば硬化するが、熱硬化性成形組成
物は熱可塑性成形組成物に比べて成形時間が長いことが
ら速硬化タイプのものが強く望まねており、速硬化性の
成形組成物を得るためには硬化促進剤の使用が必須条件
になる。アルケニルフェノール系重合体を硬化剤とする
エポキシ樹脂組成物に有効な硬化促進剤としては第3級
アミン、ポリアミン、尿素、ジシアンジアミド、ジメチ
ルホルムアミド、三フフ化ホウ素・アミン錯体などが知
られている。しかし、これらの硬化促進剤を用いて樹脂
組成物を加熱溶融しようとすると、樹脂組成物が加熱中
にゲル化してしまったり、作製した成形組成物の貯蔵安
定性あるいは硬化性が充分でない等の問題点がある。ま
た、成形組成物の作成方法として樹脂組成物を適当な溶
媒に溶解し、この溶液を各種補強材あるいは充てん剤に
含浸させた後溶媒を除去する方法は作業が非常に煩雑な
うえに、残留溶媒の影響によって樹脂本来の機械特性や
電気特性あるいは長期の熱劣化特性が著しく損われる欠
点がある。そのため、アルケニルフェノール系重合体を
硬化剤とするエポキシ樹脂系の成形組成物はこれまで余
り実用されたことがなかった。。
本発明は上記現状にかんがみてなされたものであり、特
に貯蔵安定性が良好なうえに、速硬化性で、しかも成形
品は耐熱耐久性が優れた成形組成物を提供するものであ
る。
すなわち、本発明を概説すれば、本発明は、(a)エポ
キシ樹脂、(b)アルケニルフェノール系重合体、(C
)潜在性硬化促進剤よりなる樹脂成分と(d)繊維及び
/又は粒状光てん剤を必須成分とする熱硬化性成形組成
物において、上記のアルケニルフェノール系重合体が粉
末のまま充てん剤と共にエポキシ樹脂に分散混合してい
ることを特徴とする熱硬化性成形組成物に関する。
本発明に使用する(a)エポキシ樹脂は一分子中に少な
くとも2個以上のエポキシ基を有する公知のエポキシ樹
脂全般を指すものであるが軟化温度が65℃以下又は室
温で液状のものが好まシイ。具体的にはビスフェノール
Aとエピクロルヒドリンとから得られるビスフェノール
型エポキシ樹脂、ノボラック樹脂にエピクロルヒドリン
を反応させて得られるノボラック型エポキシ樹脂、キシ
レンとホルマリンあるいはトルエンとパラホルムアルデ
ヒドとを反応はせて得られるキシレン樹脂若しくはトル
エン樹脂とフェノール類との縮合物にエピクロルヒドリ
ンを反応させて得られるポリフェノール系エポキシ樹脂
、レゾールあるいは・・イドロキノンのような多価フェ
ノール系樹脂にエピクロルヒドリンを反応させて得られ
るポリヒドロキシベンゼン系エポキシ樹脂、芳香族ある
いは脂肪族カルホン酸にエピクロルヒドリンを反応させ
て得られるエポキシ樹脂、ビニルポリマーから得られる
エポキシ樹脂、グリセリンのような多価アルコールカラ
得られるエポキシ樹脂、シクロヘキセン、シクロペンタ
ジェン、ジシクロペンタジェンのような脂環式化合物か
ら得られるエポキシ樹脂、でんぷんあるいは不飽和高級
脂肪酸のごとき天然物から得らhるエポキシ樹脂、アニ
リンあるいは脂肪族アミンなどから得られる含窒素エポ
キシ樹脂、インンア□ヌル酸から得られる含窒素−\テ
ロ環を有するエポキシ樹脂、エポキシ樹脂にシラノール
を反応させて得られる含ケイ素エポキシ樹脂、炭素−炭
素2重結合を有するケイ素化合物を酸化して得られる含
ケイ素エポキシ樹脂、オレフィン性の不飽和基を有する
亜りん酸エステルを過酢酸でエポキシ化したエポキシ亜
りん酸、ケイ素、りん以外の重金属をキレートの形で含
むエポキシ樹脂などがあり、これらは単独又は2種以上
混合して用いることができる。
また、(b)アルケニルフェノール系重合体とはビニル
フェノール、n−プロペニルフェノール、インプロペニ
ルフェノール、n−ブテニルフェノールあるいはこれら
の誘導体などを熱重合、イオン重合又はラジカル重合さ
せて得られるポリマーである。その重合度は数量体から
数万量体まで広範囲のものがあるが、樹脂組成物の取扱
い性、成形組成物作製時の作業性、成形組成物の成形性
、成形品の緒特性等との関連で重合度は20〜80(平
均分子量で3,000〜8,000程度、溶融温度で1
60〜220℃)のものが望ましい。
またアルケニルフェノール系重合体は粉末のまま充てん
剤成分と共にエポキシ樹脂と混合すするため、その粒径
はなるべく細かい方が良く200メツシユ(74μm)
以下の微粉末のものを用いることが望ましい。
更に、(C)潜在性硬化剤としては、一般式(1)(こ
こでR,はハロゲン、R2及びR3は水素、アルキル基
、アルコキシ基、シクロアルキル基または置換シクロア
ルキル基を表す。nは0〜2の整数を表す)で表される
尿素系化合物又はアンモニウム化合物、ホスホニウム化
合物、アンモウム化合物、イミダゾリニウム化合物、ピ
リジニウム化合物若しくはモルホリニウム化合物の各テ
トラ置換ボロン塩からなる群から選ばれる1種以上の化
合物が望ましい。具体的には3−(パラクロロフェニル
)−1,1−ジメチルウレア、3−(3,4−ジクロロ
フェニル)−1゜1−ジメチルウレア、3−(3,4−
ジクロロフエニル)−1−メトキシ−1−メチルウレア
、3−(3,,4−ジクロ−ロフェニル)−1,1−ジ
エチルウレア、1−(2−メチルシクロヘキシル)−3
−フェニルウレアなどであり、ま°゛た各種テトラ置換
ボロン塩としてはトリメチルアンモニウムテトラフェニ
ルボレート、トリエチルアンモニウムテトラフェニルボ
レート、トリフェニルアンモニウムテトラフェニルボレ
ート、ジエチルメチルアンモニウムテトラフェニルボレ
ート、テトラブチルアンモニウムテトラブチルボレート
、テトラブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、
テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、
テトラフェニルホスホニウムテトラブチルボレート、テ
トラブチルホスホニウムテトラブチルボレート、テトラ
メチルアルンニウムテトラフェニルボレート、テトラフ
ェニルアルンニウムテトラフェニルボレート、ジメチル
ジエチルアルンニウムテトラフェニルボレートあるいは
イミダゾリニウムテトラフェニルボレート、2−エチル
−4−メチルイミダゾリニウムテトラフェニルボレート
、2−エチル−1,4−ジメチルイミダゾリニウムテト
ラフェニルボレート、1−シアンエチル−2−フェニル
イミダゾリニウムテトラフェニルボレート、1−アリル
−2−メチルイミダゾリニウムテトラフェニルボレート
、ピリジニウムテトラフェニルボレート、モルホリニウ
ムテトラフェニルボレート、メチルモルホリニウムテト
ラフェニルボレートなどがあり、これらの1種以上を配
合して用いる。
上記の各樹脂成分の配合割合は特に限定されるものでは
ないが、(a)のエポキシ樹脂と(b)のアル、ケニル
フェノール系重合体は(a)のエポキシ基のモル数/ 
(b)の水酸基のモル数=0.8〜1.2の範囲が望ま
しく、また、(C)の潜在性硬化促進剤は100重量部
の(a)に対し0.1〜5重量部の範囲が望ましい。こ
れは、−ボキシ樹脂に対する   1アルケニルフ工ノ
ール系重合体の配合量が少な過ぎると硬化物の耐熱性が
充分でなく、逆に多過ぎると充てん剤との混線がし難く
なり、硬化物の耐熱性も余り向上がみられないためであ
る。
また、潜在性硬化促進剤は0.1重量部未満では硬化促
進性が低く、逆に5重量部を越えると硬化が促進され過
ぎ成形性や成形品の機械特性、加熱劣化特性等の低下が
起るためである。
次に、繊維及び/又は粒状の充てん剤はガラス繊維、カ
ーボン繊維、チタン酸カリウム繊維、ウオラストナイト
繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、セラミック繊維
、銅、アルミ、鋼、ステンレス鋼等の金属繊維、セルロ
ース、ナイロン、ケブラー等の有機繊維、炭酸カルシウ
ム、炭酸マグネシウム、ジルコン、マイカ、クレー、タ
ルク、水酸化アンモニウム、水酸化マグネシウム、石こ
う、トーンナイト、ホウ砂、シリカ、溶融石英ガラス、
アルミナ、硫酸バリウム、カオリン、ケイ藻土、ガラス
ピーズ、チタン白、グラファイト、カーボンブラック、
二硫化モリブデン、テフロンパウダー、フッ化黒鉛、窒
化ホウ素、酸化べIJ IJウム、各種金属粉などであ
る。
上記の繊維及び/又は粒状光てん剤は成形組成物の成形
収縮率、熱膨張係数の低減、熱伝導率、耐摩耗性、機械
強度、耐クリープ性等の向上、導電性、帯電防止性の付
与等樹脂成分たけでは得られない各種特性の伺与あるい
は向上を目的に配合するものであシ、その配合量は(a
)〜(C)の樹脂成分100重量部に対して50〜50
0重量部、望ましくは200〜400重量部の範囲で用
いる。これらの配合量が少な過ぎると成形組成物に必要
とされる上記の諸特性が充分得らhず、逆に配合量が多
過ぎると組成物の混練がし難くなるほか、組成物の流動
性が著しく低下[2、諸特性が優れた成形品の成形が困
難になる。
なお、本発明の成形組成物には目的を損わない範囲でシ
リコーン樹脂、ポリブタジェン系樹脂、ビスマレイミド
、ポリアミノビスマレイミド化合物などの改質材、顔料
、染料、離型剤、カップリング剤等を配合することがで
きる。7次に、上記各成分の混合方法について述べる。
。 本発明においてアルケニルフェノール系重合体は粉末の
まま充てん剤と共にエポキシ樹脂に分散混合する。その
ため、各成分は比較的低温で混合することができるため
混合中にエポキシ樹脂の硬化を進行することがない。ま
た、アルケニルフェノール系重合体は混合した成形組成
物中に粉末として分散混合しているため貯蔵温度(室温
)ではエポキシ樹脂とは反応し難く貯蔵安定性が良い。
なお、後述の具体例で示すように得られた成形組成物の
成形はアルケニルフェノール系重合体の溶融温度より高
い温度で行うので、アルケニルフェノール系重合体は成
形時に溶融し、エポキシ樹脂と反応硬化するため成形品
の諸特性には何ら問題はない。混線装置は材料組成に応
じてニーダ、ミキシングロール、リボンミキサー、押出
機等を使用することができる。例えば、ニーダを用いる
場合はニーダの混練槽をあらかじめ30〜80℃ に加
熱しておき、まず、アルケニルフェノール系重合体の粉
末、充てん剤、潜在性硬化促進剤及び必要に応じ各種添
加剤の混合を行う。その後、エポキシ樹脂を添加し更に
混合を続けれはアルケニルフェノール系重合体が粉末の
まま分散した熱硬化性の成形組成物が得られる。また、
ミキシングロールを用いる場合は、ロールの表面温度を
30〜80℃ K加熱しておき、壕ず、ロール表面にエ
ポキシ樹脂を粘着させる。その後、アルケニルフェノー
ル系重合体、充てん剤、及び潜在性硬化促進剤をトライ
ブレンドしたものをエポキシ樹脂に添加すれば上記同様
の成形組成物が得られる。このようにして作製した成形
組成物は、常温では半固形〜固形状であシ、押出機ある
いは粉砕機を用いて所望の大きさに造粒し成形組成物と
して使用することができる。なお、上記製造方法は一例
を示したものであり、このような方法に限定されるもの
ではない。
以下実施例、比較例及び対比例により本発明をよシ具体
的に説明するが、本発明はこれに限    1定されな
い。
比較例1〜3、実施例4〜6 アルケニルフェノール系重合体としてレジンM(丸善石
油製ポIJ −p−ビニルフェノール樹脂、平均分子量
6.000 、  溶融温度170℃、水酸基当量12
o)を68部、潜在性硬化促進剤として表1に示す各種
化合物1〜3重量部、充てん剤として長さ311111
のガラス繊維100重量部及び平均粒径4.2μmの溶
融石英ガラス粉300重量部、離型剤としてステアリン
酸亜鉛2重量部を60℃に加熱したニーダ中で5分間混
合し、これに更にエポキシ樹脂としてDEN −438
〔ダウケミカル社製ノボラック型エポキシ樹脂、軟化温
度38℃、粘度430P (50t:)、エポキシ当量
180〕の100重量部を加え15分間混練し、目的と
する成形組成物を作製した。これらの各成形組成物につ
いて190℃で1.5分及び3分間の成形を行った(成
形圧力150 Kg/cat2)  場合の成形品の硬
度、ガラス転移温度及び成形組成物の貯蔵安定性を測定
した。
結果を表1に示す。
表1から明らかなように潜在性硬化促進剤として2−エ
チル−”4−メチルイミダゾール(比較例1)及びBF
3・2−メチルイミダゾール(比較例2)を使用した場
合エポキシ樹脂がニーダ中でゲル化してしまい成形組成
物を作製することができなかった。また、BF3 ・ピ
ペリジン(比較例3)を使用した場合は樹脂の硬化性が
遅く、190℃/3分の成形では高温物性の良好な成形
品が得られなかった。これに対し、3−(パラクロロフ
ェニル)1.1−ジメチルウレア(実施例1)及び各種
のテトラ置換ボロン塩を使用した(実施例2−J−6)
場合は貯蔵安定性が良好なうえに速硬化性且つ高温物性
の良い良好な成形品が得られた。
比較例4〜9 室温で液状のエピコート828 〔シェル化学社製粘度
150P(25℃)、エポキシ当量190〕又は前記D
EN −438のそれぞれ100重量部にアルケニルフ
ェノール系重合体として前記レジンMを68重量部加え
、これを約130tl:に加熱し溶融混合した。潜在性
硬化促進剤にはそれぞれBF3・ピペリジンを3重量部
、3−(パラクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレ
アを5重量部又はテトラフェニルホスホニウムテトラフ
ェニルボレートを3重量部用い前記実施例と同様の方法
で成形組成物を作製し、緒特性を評価した。結果を表2
に示す。
表2から明らかなように、BF3 ・ピペリジンを使用
した(比較例4及び7)場合には成形組成物の貯蔵安定
性は良いが硬化性が悪く短時間の成形で高温物性が良好
な成形品を得ることがテキない。また、3−(パラクロ
ロフェニル)−1,1−ジメチルウレアを用いた(比較
例5及び8)場合にはニーダで混線中に樹脂の硬化反応
が進行し、得られた成形組成物は貯蔵安定性が著しく劣
る。比較例6及び9のものも貯蔵安定性が劣る。
比較例10 エポキシ樹脂として前記DEN−438を100重量部
、アルケニルフェノール系重合体として前記レジンMを
68重量部及び潜在性硬化促進剤としてテトラフェニル
ホスホニウム・テトラフェニルボレートの3重量部をメ
チルエチルケトンに溶解し、樹脂成分70重量%のフェ
スを調製した。前記実施例と同様にニーダを用いてこの
フェスに充てん剤としてガラス短繊維100重量部、溶
融石英ガラス粉300重量部、離型剤としてステアリン
酸亜鉛2重量部を混合した。
その後減圧乾燥器でメチルエチルケトンを除去し、成形
組成物を作製した。
実施例7 アルケニルフェノール系重合体として前記レジンMを6
5重量部、潜在性硬化促進剤としてテトラフェニルホス
ホニウム・テトラフェニルボレート3重量部、充てん剤
として長さ3雪のガラス短繊維100重量部及び平均粒
径4.2μmの溶融石英ガラス粉300重量部、離型剤
としてステアリン酸亜鉛2童置部を50℃に加熱したニ
ーダ中で5分間混合し、これに更にエポキシ樹脂として
前記エピコート828を100重量部加えて15分間混
練し、目的とする成形組成物を作製した。
比較例11 エポキシ樹脂として前記エピコート828を100 重
i 部、アルケニルフェノール系重合体として前記レジ
ンMを68重酸部及び潜在性硬化促進剤としてテトラフ
ェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート3重量部
をメチルエチルケトンに溶解し、樹脂分800重量部フ
ェスを調製した。前記実施例と同様にニーダを用いこの
フェスをガラス短繊維100重量部、溶融石英ガラス粉
300重量部、離型剤としてステアリン酸亜鉛2重量部
を混合した。その後減圧乾燥器でメチルエチルケトンを
除去し、成形組成物を作製した。
対比例1 上記実施例3及び比較例9及び10の成形組成物は、製
造方法は異なるが材料組成が共通している。これら各成
形組成物を用いて成形した成形品について加熱劣化試験
を行った。結果を第1図及び第2図に示す。第1図にお
いて、縦軸は重量減少率(旬を、横軸は250℃での加
熱日数(日)を表す。また、第2図において、縦軸は曲
げ強度保持率(%)を、横軸は250℃での加熱日数(
日)を表す。
これらの結果から明らかなように、溶媒を用いて作製し
た比較例1oの成形組成物はアルケニルフェノール系重
合体を粉末の−ま1分散混合した実施例3の成形組成物
に比べて加熱減量及び曲げ強度の低下率が大きく、成形
品の長期の熱劣化特性が劣る。
対比例2 上記実施例7及び比較例6及び11で作製した成形組成
物を用いて成形した成形品について加熱劣化試験を行っ
た。結果を第5図及び第4図に示す。第3図忙おいて、
縦軸は重1減少率(%)を、横軸は250℃での加熱日
数(B)を表す。また、第4図において、縦軸は曲は強
度保持率(チ)を、横軸は250℃での加熱日数(B)
を表す。
これらの結果から明らかなように、エポキシ樹脂として
エピコート828を用いた場合にも、溶媒を用いて作製
した比較例11の成形組成物   1はアルケニルフェ
ノール系重合体を粉末のまま   7分散混合した実施
例7の成形組成物に比べて加熱減量及び曲げ強度の低下
率が大きく、成形品の長期熱劣化特性が劣る。
このように本発明によシ製造された成形組成物は、貯蔵
安定性が良好なうえに速硬化性で、しかも成形品は高温
の機械特性、長期の熱劣化特性にも優れているという実
用上極めて優れた効果を持っている。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、実施例3及び比較例9及び10で
作製した成形組成物を用いて成形した成形品について加
熱劣化試験を行った結果の比較を示すグラフである。ま
た4、第3図及び第4図は、実施例7及び比較例6及び
11で作製した成形組成物を用いて成形した成形品につ
いて加熱劣化試験を行った結果の比較を示すグラフであ
る。 特許出願人 株式会社 日立製作所 特許出願人 日立化成工業株式会社 代理人 中 本  宏 第1図 第2図 第 3 図 第4図 力0熱日数(日)、 25θ0C

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 t  (a)エポキシ樹脂、(b)アルケニルフェノー
    ル系重合体、(C)潜在性硬化促進剤よりなる樹脂成分
    と(d)繊維及び/又は粒状光てん剤を必須成分とする
    熱硬化性成形組成物において、上記のアルケニルフェノ
    ール系重合体が粉末のまま充てん剤と共にエポキシ樹脂
    に分散混合していることを特徴とする熱硬化性成形組成
    物。 2、 該(a)エポキシ樹脂が軟化温度が65℃以下又
    は室温で液状のエポキシ樹脂である特許請求の範囲第1
    項記載の熱硬化性成形組成物。 !、、(c)潜在性硬化促進剤は一般式(1)(ここで
    、R1はハロゲン、&及び凡は水素、アルキル基、アル
    コキシ基、シクロアルキル−基又は置換シクロアルキル
    基を表す。nは0〜2の整数を表す)で示される尿素系
    化合物又ハアンモニウム化合物、ホスホニウム化合物、
    アルンニウム化合物、イミダゾリニウム化合物、ピリジ
    ニウム化合物若しくはモルホリニウム化合物の各テトラ
    置換ボロン塩からなる群から選ばれる1種以上の化合費
    である特許請求の範囲第1項記載の熱硬化性成形組成物
JP1974082A 1982-02-12 1982-02-12 熱硬化性成形組成物 Granted JPS58138729A (ja)

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